Измерение мощности в цепях переменного тока

 

Полную мощность S приемника измеряют, как правило, методом амперметра-вольтметра: S=UI,

 

где Uи I - действующие значения напряжения и тока.

 

Рис.3.10. Схемы измерения мощности ме­тодом амперметра-вольтметра

 

Активную мощность приемников Р = UIcosφ

измеряют с помощью ваттметров на основе электродинамического (рис.3.11.) или ферродинамического измерительного механизма (рис.3.12.).

 

 

Рис.3.11. Электродинамический измерительный механизм:

1, 2 – катушки, 3 – пружины

 

Рис.3.12. Ферродинамический измерительный механизм:

1,2 – катушки, 3 – магнитопровод

 

 

Электродинамические механизмы основаны на принципе взаимодействия проводников с токами: два проводника с противоположно направленными токами взаимно отталкиваются, с одинаково направленными токами — притягиваются. В основном, измерительный механизм этой системы (рис.3.11) состоит из непод­вижной 1 и подвижной 2 катушек, с токами I_н и I_п.

Ток в подвижную катушку I_п подводится через две растяжки или через спиральные пружины 3, которые вместе с тем служат для создания противодействующего момента. Катушки прибора могут быть без стального сердечника или со стальным сердечником и, хотя электродинамический принцип используется в обоих типах приборов, тем не менее, электродинамическими принято называть приборы первого типа, а ферродинамическими — приборы второго типа.

Сила, создаваемая взаимодействием токов двух катушек прибора, пропорциональна произведению этих токов. Кроме того, эта сила зависит от тельного положения катушек, изменяющегося по мере перемещения подвижной катушки.

 

Последняя зависимость выражается как пропорциональность изменению взаимной индуктивности ∆М при перемещении подвижной катушки на ∆α т. е.

При одновременном изменении направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не изменяется. Следовательно, как электродинамические, так и ферродинамические механизмы пригодны для переменного и постоянного токов.

В механизмах без сердечника собственное магнитное поле слабо, так как оно создается в неферромагнитной среде. По этой же причине для получения точного вращающего момента катушки механизма должны иметь значительное число витков; но из-за большого числа витков сопротивление катушек сравнительно велико, что обусловливает относительно большое собственное потребление энергии такими механизмами. Для защиты от внешних магнитных влияний современные электродинамические механизмы помещают внутри двойного экрана из ферромагнитного материала пермаллоя. Внешние магнитные поля не проникают в экранированный механизм, так как замыкаются через экраны.

Характерным свойством электродинамических приборов (без сердечников) является высокая точность из-за отсутствия ферромагнетиков в механизме. Для измерений на переменном токе эти приборы можно считать наиболее точ­ными. Таким образом, электродинамические приборы служат главным образом переносными лабораторными приборами (в особенности ваттметрами) высокой точности (классов 0,5; 0,2 и 0,1). Электродинамические ваттметры имеют прак­тически равномерную шкалу, а у амперметров и вольтметров она неравномерна (сжата ее начальная часть).

Из-за плохих условий охлаждения и значительного собственного потребления энергии электродинамические механизмы не должны сильно перегружаться.

Приборы электродинамической системы из-за сложности изготовления дороги.

В ферродинамических механизмах неподвижная катушка 1снабжена стальным магнитопроводом 3,а подвижная катушка 2 охватывает стальной сердечник (рис. 3.12). Наличие стали создает в этих механизмах сильное собственное магнитное поле, следовательно, и больший вращающий момент, что позволяет существенно снизить собственное потребление энергии механизмами. Внешние магнитные поля на их показания практически не влияют.

Отрицательным последствием применения стального сердечника является некоторое понижение точности из-за дополнительных погрешностей, вызываемых потерями в сердечнике и нелинейностью кривой намагничивания стали. При постоянном токе гистерезис вызывает разницу в показаниях при возрастании и убывании измеряемой величины. Наличие стали ограничивает частотный диапазон приборов (верхний предел примерно 500 Гц).

Ферродинамические приборы изготовляют щитовыми и переносными для работы на переменном токе. Кроме того, ферродинамические механизмы применяют в самопишущих приборах, в которых требуются большие вращающие моменты.

Измерение активной мощности ваттметром в однофазных цепях производят по схеме рис. 3.13. Токовую обмотку включают в цепь последовательно с приемником R_н(т. е. в цепь тока I), а обмотку напряжения — параллельно приемнику R_н на напряжение U.

 

 

Рис. 3.13. Схема включения ваттметра

Реактивную мощность Q= UIsinφ в однофазных цепях измеряют только в лабораториях при проведении каких-либо исследований включением варметров по специальным схемам.